留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

超声稳态空化阈值的监测方法研究

阮炜迪 陆振伟 邵家存

阮炜迪,陆振伟,邵家存. 超声稳态空化阈值的监测方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 79-84, 52 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
引用本文: 阮炜迪,陆振伟,邵家存. 超声稳态空化阈值的监测方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 79-84, 52 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
RUAN Weidi, LU Zhenwei, SHAO Jiacun. Study on the Detection Method for Ultrasonic Stable Cavitation Threshold[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 79-84, 52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
Citation: RUAN Weidi, LU Zhenwei, SHAO Jiacun. Study on the Detection Method for Ultrasonic Stable Cavitation Threshold[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 79-84, 52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278

超声稳态空化阈值的监测方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
基金项目: 浙江省重点研发计划(2022C01002)。
详细信息
    作者简介:

    阮炜迪(2000-),中国计量大学计量测试工程学院在读研究生,研究方向:医疗超声,邮箱:790299782@qq.com

    通讯作者:

    邵家存(1990-),中国计量大学计量测试工程学院实验师,研究方向:超声医疗、超声成像,邮箱:sjc@cjlu.edu.cn

  • 中图分类号: TB95

Study on the Detection Method for Ultrasonic Stable Cavitation Threshold

  • 摘要: 稳态空化是指水介质中的微泡在较低的声压诱导下作周期性振荡运动。相较于瞬态空化,稳态空化温升效果稳定可控,具有更好应用前景。搭建了稳态空化阈值监测平台,采用被动空化监测方法对不同含氧量的水介质中的聚焦声场作用下的稳态空化活动进行监测,以次谐波的出现作为稳态空化活动的判定标准。结合窄带机械滤波法、多次平均技术,对高灵敏度水听器接收的声信号进行滤波和降噪。最终将采集到的声信号进行频谱分析,探究在超声作用下不同含氧量与次谐波出现的规律,实验结果表明:多次平均采集的方法可以有效降低噪声的干扰,改善信噪比,大大提高系统对微弱声信号的检测能力;随着含氧量的增加,稳态空化阈值随之降低,与理论规律相符合。
  • 图  1  稳态空化气泡运动图

    Figure  1.  Bubble motion in stable cavitation

    图  2  聚焦超声换能器结构示意图

    Figure  2.  Schematic of a focused ultrasound transducer

    图  3  超声稳态空化阈值监测系统

    Figure  3.  Ultrasonic stable cavitation threshold monitoring system

    图  4  电功率和声压转换图

    Figure  4.  Electrical power to sound pressure conversion chart

    图  5  出现次谐波信号(30.5 kHz)的频谱图

    Figure  5.  Spectrogram of a subharmonic signal (30.5 kHz)

    图  6  原始含噪信号频谱图

    Figure  6.  Spectrogram of the original signal with noise

    图  7  多次平均处理后的信号频谱图

    Figure  7.  Spectrogram post multiple averaging process

    图  8  平均后61 kHz稳态空化阈值随含氧量变化图

    Figure  8.  Variation of stable cavitation threshold at 61 kHz after averaging

    表  1  第一次除气水实验数据

    Table  1.   First experimental data in degassed water

    功率(W) 声压(kPa) 含氧量(mg/L)
    7.42 412.05 2
    4.41 315.44 3
    2.93 255.06 4
    1.75 194.68 5
    1.36 170.53 6
    下载: 导出CSV
  • [1] IZADIFAR Z, BABYN P, CHAPMAN D. Ultrasound cavitation/microbubble detection and medical applications[J]. Journal of Medical and Biological Engineering, 2019, 39(3): 259-276. doi: 10.1007/s40846-018-0391-0
    [2] 郭策. 功率超声珩磨磨削区空化泡动力学及其辐射声场的研究[D]. 太原: 中北大学, 2013
    [3] 夏青青, 刘俐. 超声联合微泡辅助溶栓的研究进展[J]. 心血管病学进展, 2019, 40(4): 564-568.
    [4] 许涛, 周畅. 靶向微泡介导超声辅助溶栓技术研究进展[J]. 实用医学杂志, 2022, 38(10): 1187-1192. doi: 10.3969/j.issn.1006-5725.2022.10.003
    [5] 唐娜娇. 超声微泡增强乏血供肿瘤的血流灌注及增加阿霉素释药的实验研究[D]. 重庆: 中国人民解放军陆军军医大学, 2021.
    [6] 高峰, 贠莹, 杨秀娜, 等. 超声波强化技术在化工过程中的应用进展[J]. 当代石油石化, 2022, 30(8): 22-27.
    [7] Sarvesh S Sabnis, Parag R Gogate. Ultrasound assisted size reduction of dadps based on recrystallization[J]. Ultrason Sonochem, 2019, 54: 198-209. doi: 10.1016/j.ultsonch.2019.01.037
    [8] Mahamuni N N, Adewuyi Y G. Advanced oxidation processes (AOPs) involving ultrasound for waste water treatment: a review with emphasis on cost estimation[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2009, 17(6): 990-1003.
    [9] 刘二蒙, 冯拓, 高献礼, 等. 超声波加速液态发酵食品风味成熟研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2021, 47(17): 283-289.
    [10] 朱彬, 唐宏刚, 张晋, 等. 超声处理对羊肉冷藏期间色泽稳定性和货架期品质的影响[J]. 浙江农业科学, 2023, 64(10): 2492-2498.
    [11] Neppiras E A. Subharmonic and Other Low-Frequency Emission from Bubbles in Sound-Irradiated Liquids[J]. Journal of Sound & Vibration, 1969, 10(3B): 176-180.
    [12] None. Cavitation detection: the use of subharmonics[J]. Ultrasonics, 1968, 6(1): 64.
    [13] Eller, Anthony. Generation of Subharmonics of Order One-Half by Bubbles in a Sound Field[J]. Hournal of the Acoustical Society of America, 1968, 46(3B): 368-369.
    [14] Eller, Anthony I. Subharmonic response of bubbles to underwater sound[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 1974, 55(4): 871-873. doi: 10.1121/1.1914615
    [15] Prosperetti A. Nonlinear oscillations of gas bubbles in liquids: steady-state solutions[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 1974, 56(3): 878-885. doi: 10.1121/1.1903341
    [16] Prosperetti A. Application of the subharmonic threshold to the measurement of the damping of oscillating gas bubbles[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1977, 61(1): 11-16. doi: 10.1121/1.381273
    [17] Frohly J, Labouret S, Bruneel C, et al. Ultrasonic cavita-tion monitoring by acoustic noise power measurement[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2000, 108(5 Pt 1): 2012-2020.
    [18] BSI. Measurement of cavitation noise in ultrasonic baths and ultrasonic reactors: IEC/TS 63001-2019[S]. Switzerland, 2019.
    [19] Johansen K , Song J H , Prentice P . Performance characterisation of a passive cavitation detector optimised for subharmonic periodic shock waves from acoustic cavitation in MHz and sub-MHz ultrasound[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2018, 43: 146-155.
    [20] 孙廷宇. Experimental Study on the Regenerative Repair of Normal Liver Tissue in Rabbits after Damage Caused by High Intensity Focused Ultrasound[D]. 重庆: 重庆医科大学, 2022.
    [21] 周芳, 王永领, 冯炼, 等. 基于稳健最小方差的高强度聚焦超声被动空化成像及其在损伤监测中的优势分析[J]. 中国医学物理学杂志, 2023, 40(5): 568-575.
    [22] Brayman A A , Chen W S , Matula T J , et al. The pulse duration dependence of inertial cavitation dose and hemolysis[C]. IEEE, 2002.
    [23] 罗楚文, 孔超颖, 汤朝晖. 超声化学在生物医学中应用的研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 836-842.
    [24] 周迪, 黄继秀, 宗瑜瑾, 等. 基于被动空化监测的兔腹主动脉空蚀损伤评价[J]. 陕西师范大学学报(自然科学版), 2020, 48(3): 67-73.
    [25] 田淑爱. Research on Ultrasonic Imaging Algorithm Based on Dynamic Microbubble Model[D]. 太原: 中北大学, 2021.
    [26] 田淑爱, 丁婷, 田志鑫, 等. 结合空化微泡母小波变换的高空化噪声比超快速主动空化成像方法[J]. 应用声学, 2020, 39(6): 849-856.
    [27] 郑昊, 李雁浩, 桂逢烯, 等. 高强度聚焦超声治疗的实时被动空化检测系统及其实验研究[J]. 声学技术, 2021, 40(6): 788-794.
    [28] 曹晟辰, 阎兆立, 程晓斌, 等. 主被动方法融合的空化在线监测平台[C]. 中国声学学会, 2011.
    [29] Neppiras E A. Acoustic cavitation thresholds and cyclic processes[J]. Ultrasonics, 1980, 18(5): 201-209. doi: 10.1016/0041-624X(80)90120-1
    [30] Jean-Louis M , Peter L , Dominique C . Long-lasting stable cavitation[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 2003, 113(3): 1426-1430.
    [31] 汤佳琛. 基于随机共振的微弱信号检测模型及应用研究[D]. 北京: 北京科技大学, 2021.
  • 加载中
图(8) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  229
  • HTML全文浏览量:  205
  • PDF下载量:  32
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-16
  • 录用日期:  2023-11-20
  • 修回日期:  2023-11-24
  • 网络出版日期:  2023-11-30

目录

    /

    返回文章
    返回